Nessun limite di età alla fertilità delle galassie, stelle giovani anche in galassie vecchie
La fertilità delle galassie, nel senso letterale della capacità di generare nuove stelle, ha dell’incredibile. Sembra che le galassie non conoscano limiti di età nel formare nuove stelle.
Sembra proprio che, a dispetto delle capacità umane di procreazione, le galassie non conoscano limiti di età.
Tanto le galassie più vecchie (le galassie primordiali) quanto le più giovani mostrano ripetuti episodi di formazione stellare - chiamati in inglese starbursts - che continuano a succedersi ancora fino ad oggi.
Il processo di formazione delle stelle è estremamente interessante, non interamente compreso e, pertanto, ancora oggetto di studi sia osservativi che teorici.
L’evoluzione chimica delle galassie
La formazione stellare è strettamente legata all’evoluzione chimica della galassia in cui avviene. Esiste un ciclo che collega le stelle alle polveri e gas da cui si formano.
Le stelle si formano dal collasso gravitazionale di nubi molecolari di polveri e gas. Questo significa che la composizione chimica iniziale della stella neonata è uguale alla composizione chimica della nube progenitrice.
Tuttavia, la stella durante la sua vita processa gli elementi di cui è costituita in elementi sempre più pesanti. Il nucleo delle stelle, in cui la temperatura raggiunge i milioni di gradi, è il luogo in cui le reazioni di fusione termonucleare trasformano elementi leggeri, come l’idrogeno, in elio e, via via, in elementi sempre più pesanti.
Nelle fasi finali della sua evoluzione, la stella cede allo spazio interstellare, in alcuni casi in modo graduale in altri casi in modo violento, questi elementi più pesanti che ha formato nel suo interno.
Durante la vita di una galassia, la composizione chimica delle sue nubi e in generale, del suo mezzo interstellare, quindi polveri e gas, cambia diventando sempre più ricco di elementi pesanti.
A ciascuna Popolazione stellare la sua metallicità
E’ noto come le galassie più antiche, quelle formatesi subito dopo il Big Bang, siano povere di elementi pesanti e costituite di stelle anch’esse povere di elementi pesanti. La prima popolazione di stelle formatesi all’inizio della storia dell’Universo - la cosiddetta popolazione III - è costituita di solo idrogeno.
La successiva popolazione di stelle - la cosiddetta Popolazione II- che si è formata utilizzando il gas e le polveri processate dalla Popolazione III, risulta possedere già elementi più pesanti, ma in quantità ancora ridotte.
L’ultima generazione di stelle, la più recente - la cosiddetta Popolazione I - è in assoluto quella più ricca di elementi pesanti. Ancor di più lo sarà la prossima generazione.
Il processo di formazione ed evoluzione stellare ha una dipendenza critica dal contenuto di elementi pesanti presenti nella nube progenitrice (cioè dalla metallicità). Per comprendere questa dipendenza, i modelli teorici hanno bisogno di confrontarsi con le osservazioni.
Mentre di regioni di formazione di stelle di Popolazione I, quindi ricche di metalli, ce ne sono numerose anche nella nostra stessa Galassia, è più difficile trovare regioni di formazione di stelle di Popolazione II, e difficilissimo trovarne di Popolazione III.
Solo recentemente si è scoperta una regione di formazione di stelle di Popolazione III nella galassia GN-z11, a ben 13.3 miliardi di anni luce dalla nostra Galassia.
Infatti, per cercare formazione delle prime stelle si deve andare indietro nel tempo o, equivalentemente, lontano nello spazio profondo.
La peculiarità della galassia I Zwicky 18
Quale migliore opportunità quella offerta dalla galassia I Zwicky 18! Infatti, sebbene sia una galassia non troppo lontana, a circa 59 milioni di anni luce dalla Terra, questa galassia mostra una composizione chimica molto simile a quella delle galassie primordiali, che solitamente si trovano distanti miliardi di anni luce dalla Terra.
Il telescopio spaziale James Webb ha recentemente osservato I Zwicky 18 nell’infrarosso ed ha messo in luce ben due regioni di formazione stellare, quindi formazione di neo stelle in un ambiente molto vecchio. Si tratta di una grande opportunità, cioè poter studiare la formazione in ambiente chimico povero di metalli e ad una vicinanza tale da poter risolvere spazialmente stella per stella, quindi poter studiare la composizione chimica di ciascuna stella in formazione.
Precedenti osservazioni nella banda visibile di questa galassia effettuate dal telescopio Hubble avevano mostrato la presenza di stelle vecchie almeno un miliardo di anni, indicando che si tratta di una galassia comunque non giovane.
I due episodi di recente formazione stellare sembrano siano stati indotti dagli effetti gravitazionali prodotti da una vicina galassia satellite. Quindi, a onor del vero, nessun limite alla fertilità delle galassie anche molto vecchie, ma con "aiuto esterno"...gli effetti gravitazionali di una galassia vicina, in questo caso.
Nella foto di sopra, presa dal telescopio James Webb, si nota la galassia I Zwicky 18 con al centro due zone caratterizzate da numerose stelle di colore blu (quindi molto calde) che marcano appunto la regione di formazione stellare.
Queste due regioni sono circondate da sottili filamenti marroni che non sono altro che bolle di polveri e gas riscaldate dai venti stellari e dall’intensa radiazione UV emessa dalle giovani stelle calde.
La vicinanza della galassia permette di poter studiare nel dettaglio la composizione chimica delle singole stelle, sia le giovani che le vecchie.
Lo sfondo su cui si staglia la galassia I Zwicky 18 è costellato di galassie nane molto più lontane (le macchie arancioni), mentre in basso a destra la galassia che ha innescato il processo di formazione stellare.